44-真空密封造型在球墨铸铁件上的应用--张付(1).doc

中国机械工程学会铸造分会第十一届消失模与V法铸造学术年会论文集真空密封造型在球墨铸铁件上的应用 张 付 田中青 王艺坤 王金根 张建满（众德汽车部件有限公司 河南.西峡474500）（众德汽车部件有限公司 河南.西峡474500）（众德汽车部件有限公司 河南.西峡.474500）（上海圣德曼铸造有限公司 上海. 201805）（全国消失模与V法铸造技术委员会 湖北.武汉 430074） 摘要：真空密封造型（又称V法造型）是一种物理造型工艺方法，型砂中不加入粘结剂、水和其它附着材料，因而减轻了砂处理的工作量，而且使造型和落砂清理工作大大减少，劳动强度显著降低，且环保条件大为改观，被当今世界铸造界誉为绿色铸造。真空密封造型在目前以浇注铸钢及普通（孕育）铸铁较为普遍，而浇注球墨铸铁相对较少，以及存在的真空密封造型抬型和缩松问题，本文就V法铸造生产车桥球墨铸铁件的实例（负压对铸件质量的关系）及抬型和缩松缺陷方法的验证，及要点控制与大家共同探讨。关键词: 真空密封造型，球墨铸铁，工艺参数The Application of Vacuum-sealing Molding in Ductile Iron CastingZhangfu (Xixia Zhongde Automobile Part Co.,Ltd. Hennan,Xixia ,474500)Wang Yikun (Xixia Zhongde Automobile Part Co.,Ltd. Henan,Xixia,474500)Wang Jingen(Shanghai Sandmann Foundry Co.,Ltd. Shanghai,201805)Abstract:Vacuum-sealing molding(also called V-process molding) is a kind of physical molding method in which there is no binding agent、water and other additives.And it is no additives that reduce the workload of sand treatment、molding 、shaking-out、fettling and environment pollution . Therefore, it is called green casting in casting world. Presently,it is general for vacuum-sealing molding being used in cast steel and common inoculated cast iron ,but seldom for nodular cast iron for the reason of cope-raise and shrinkage. Here we are talking about vacuum molding used in nodular cast iron and how to avoid cope-raise and shrinkage(the relationship between negative pressure and casting quality).Key words:the vacuum-sealing molding , nodular cast iron, process parameters1. 前言：真空密封造型生产球墨铸铁最大的优点是：设备简化，节约投资：节省原砂里面添加的辅助材料及混砂设备，生产环境得以改善，铸件轮廓清晰，表面光洁，也是目前节能环保的造型生产线之一。2. 负压对球墨铸铁件质量的影响在采用真空负压铸造法生产普通（孕育）铸铁或铸钢时，主要是控制一定真空负压来完成铸型成型。并针对不同的铸件采取不同的真空负压进行浇注、以及保压的高低与排气孔的大小和时间的长短，从而获得合格的铸件。一般浇注壁厚15-20铸钢件或铸铁件时，充型完毕后，5分钟后即可由高负压改为低负压，保压一定的时间后即可解除真空负压、保温、直至落砂。由于高温的金属液浇入铸型后，与它直接接触的薄膜被熔融，烧失，并形成薄膜导前烧失区1 。因此铸型的密封性受到某种程度的破坏，使铸型砂胎和型腔内的压力都发生很大的变化，表现为型腔中的压力下降，铸型砂中的压力升高，使铸型和型腔之间的压力差变小，因此铸型刚度降低；同时型腔排气显得尤为重要，如果不能有足够的排气通道，再加上型腔瞬间强度迅速下降，因此很容易造成铸件抬型缺陷，由于球墨铸铁的凝固形式不同于孕育铸铁和铸钢，凝固期间存在石墨化膨胀阶段，石墨化膨胀对型壁的作用力较大3，如果负压偏低，铸型的刚度无法满足要求，就会因型壁较大的迁移而造成铸件塌砂（涨砂），甚至抬型造成铸件报废。过早解除高负压导致砂型硬度下降而发生型壁迁移至使铸件体积膨胀及应力变形而报废。（见图1）抬型 图1 铸件因抬箱导致铸件报废Figure 1 casting scrap from cope-raise因此浇注时要求有合适的负压，维持铸型所需的真空度。但过高又会恶化铸件表面的光洁度，也是浇注过程中应加以控制的工艺因素。为了保证铸型的强度和硬度，要为了防止缺陷的产生，除了要保证真空泵有足够的抽气量来补偿铸型的漏气之外，在工艺上调整了铸型上开设的通气口，合理的分布，降低了压力差的变化。在生产实践中,由于在充型时负压值发生变化，导致铸型强度下降，出现铸型胀箱,塌砂。冷却后金属液充满分型面，有时厚度达10，因而导致铸件报废。针对上述铸造缺陷, 结合球墨铸铁液凝固时石墨化膨胀这一特性，我们通过了实践调负压值，增加通气孔的面积，同时采取二次振实，提高铸型砂的密度，取得了成功。在其它相同条件时，掌握球墨铸铁凝固特性，采用合理的负压值 ，是完全可以获得健全的铸件。在生产实践中我们对负压数据逐以进行记录分析一些数据（见表1），可以看出负压变化对铸型质量的影响表1 负压值对铸件质量的影响上箱负压(-Mpa)下箱负压-Mpa)上箱保压-Mpa)下箱保压-Mpa)高保压间（分）低保压时间（分）铸件状态0.0480.0550.0380.04530抬型、塌砂0.0400.0420.0320.038530抬型、塌砂0.0550.0500.0300.018530抬型、塌砂0.0530.0520.0150.030530抬型、塌砂0.0670.0680.0500.051030完整0.0650.0650.0500.0521030完整0.0640.0650.0500.0461030完整0.0670.0620.0500,0531030完整 从表1可见，浇铸过程中真空负压与铸件质量的关系。只有合适的负压值合理的高压保压时间、和低压保压时间是获得合格的铸件的条件（见图2）。浇注完毕后的真空负压的控制，是获得完美铸件的重要环节。因为V法铸造工艺的特殊性，砂子里不添加任何的附加物粘接。所以，铸型仍然要以真空负压来维持，但其不同的铸件负压度值的工艺参数是不同的。只有当铸件冷凝到规定的工艺标准时，方能解除真空负压。铸件在解除负压控制后，必须静止保温一段时间。如条件许可可在砂箱内靜止保温足够时间，也可吊在它处落砂后铸件放在软砂上保温至冷却。图2 合适的负压值及保压时间获得的完美的铸件Figure2 perfect casting coming from reasonable negative pressure value and holding time2. 充型时间对球墨铸件质量的影响同样生产实践中，在相同的条件下浇注时间的长短对铸件的质量有着较大的影响。由于浇注时间较长，高温的金属液注入铸型后，与其它直接接触的薄膜被熔融，烧失，并形成薄膜导前烧失区扩大。同样使铸型的密封性受到某种程度的破坏增大，使铸型砂内和型腔内的压力都发生很大的变化，型腔中的压力下降过快。在缩短充型时间后，由于型腔内气体往往排不及，在充型过程中，型腔內发出强烈的轰鸣声；甚至浇注过程中铁液从通气孔急速喷出。因此，特此别强调的是，缩短充型时间并非是要快浇，实践证明，不恰当的快速充型反而造成铸件的铸造缺陷。(见表2)表2 充型时间对铸件质量影响充型时间(秒)高压保压时间（分）低压保压时间（分）铸件状态109530抬型105530抬型110530抬型98530抬型671530完整651530完整701530完整691530完整491530气孔、抬型471530气孔、抬型451530气孔、抬型421530气孔、抬型由表2可见由于合适充型时间，铸型型腔内的压力降低得较少，这是因为充型时间合适，铸型中的压力来不及发生大的变化，充型即已结束，型腔内的压力也下降不多，铸型的强度仍处于稳定状态。型腔内所产生的气体也随着金属液的充型而迅速排出。因此在其它条件大致相同的情况下，合适的充型时间更能获的健全的铸件。1） 浇注温度与保压时间对铸件缩松的影响 the Effect of Pouring Temperature and Pressure Holding Time to Casting Shrinkage真空密封铸造工艺的整个环节中，浇注完毕后的真空负压控制是获得完美铸件品质的把关环节。由于真空密封铸造的特殊性，型砂不含水分和不添加任何粘结物质，干的砂粒之间是以点或类似点的状态相接触，又加上砂粒间空气稀薄，而热量只能靠砂粒间极小接触面的热传导和热辐射来传导热的扩散能力较差，从而降低了铸件的冷却速度。因为真空造型的传热比普通湿型要慢。所以充型后真空造型的铸件比湿型法的铸件冷却速度也要慢，较高的浇注温度致使铁液缩松倾向增加，要知道，球墨铸铁为糊状凝固3，温度越高收缩倾向越大，再加上真空造型冷却速度缓慢，铁液进入型腔薄膜烧蚀后真空下降造成铸型强度急剧下降，石墨化膨胀时没有足够的铸型刚度，因型壁迁移导致铸件缩松缺陷4，所以浇注温度与保压时间对铸件的质量显得尤为重要。因此，真空造型铸造工艺的整个环节，在浇注过程中，适当的充型温度和保压时间才能真正的控制铸件的质量，同时，满足了生产能力，提高了经济效益。见表3。表3 浇注温度对铸件质量的影响The Effect of Pouring Temperature to Casting Quality(table3)浇注温度()高压保压时间（分）低压保压时间（分）铸件状态1399515缩松1380515缩松1386515显微缩松1390515缩松13611530无缩松13641530无缩松13581530无缩松13601530无缩松通过生产过程的不断探索，解决了采用真空负压铸造法生产球墨铸铁件存在的质量问题，同时，外观光洁度有了大大得提高，生产的铸件质量达到了供货商的要求。3. 结论：1) 采用真空负压铸造法生产球墨铸铁件，比生产灰铸铁件或铸钢件需较高的负压值及更长的保压时间，在获得一定的铸型刚度的条件下，即能保障由于球墨铸铁在凝固过程时的石墨化膨胀而造成的型壁迁移，杜绝了球墨铸铁凝固时石墨化膨胀造成缩松而使铸件报废。2) 浇注时间过长造成薄膜烘烤过久，扩大了薄膜融溶的导前烧失区。合适的浇注时间缩小了薄膜导前烧失区，使铸型与型腔的压差保持一稳定的范围，稳定了铸型的负压，使铸型获得了所需的刚度，同时气体稳定、迅速排出，保证了球墨铸铁件的质量。3) 由于真空负压铸造法的特性：冷却较慢。合理的降低浇注温度，既缩短铸件凝固的时间，又保证了铸件的质量，同时提高了经济效益。4) 采用真空负压铸造法生产球墨铸铁件，浇注时的高负压值，浇注后高、低负压值及保压时间、浇注温度、及浇注时间的控